전동기 모형 만들기
 
 

준비물

  • 나무판(12×16×1.2cm)1개
  • 못(약 7cm)2개
  • 에나멜선 1롤
  • 양쪽고리 철사(높이 약 6cm)2개
  • 한쪽고리철사(높이 약 6~7cm)2개
  • 압착전선(약10m)2개
  • 와샤 와 나사못 세트 4
  • 테이프(종이 테이프가 가장 좋습니다)
  • 십자 드라이버
  • 집게 전선 2개
  • 철사(12cm)
  • 막대자석 2개
  • 6V 렌턴용 전지
 

만들기

    1. 2개의 7cm 못을 테이프로 감아(2층정도로) 두툼하게 만듭니다.

    2. 12cm 철사의 중간 부분을 1~2회 정도 감아 줍니다.

    3. 1번에서 만든 2개의 못을 반대방향으로 겹쳐 놓은 상태에서 2번에서 만든 철사를 두 못 사이에 끼우고 움직이지 않도록 테이프로 감아 고정시킵니다.

    4. 3번에서 만든 못에 에나멜선 1롤을 한쪽 방향으로 감습니다.
    (못의 중앙부분에서 시작하여 중앙에서 끝나도록) 단 시작부분과 끝부분에 약 10~12cm 정도의 여분을 남겨 놓습니다.

    5. 철사의 아랫부분을 종이테이프로 감아 두툼하게 만듭니다.

    6. 시작과 끝 부분에 남겨 놓은 여분의 에나멜선을 불에 그을린 후 다음 그림처럼 만들어 양 옆으로 테이프로 3회정도 감아 고정 시킵니다.(위와 아래부분에는 코일이 없이 비워 둡니다.)

    7. 나무판에 못 길이보다 조금 작은 간격으로(약 6cm) 양쪽 고리 철사를 고정 시킵니다.

    8. 양쪽 고리 철사 사이에 못을 끼웁니다.

 

    9. 5번에서 만든 부분에 맞게 한쪽 고리 철사를 위치시키고 압착전선의 한쪽과 함께 고정시킵니다.

    10. 6V 렌턴용 전지의 +극, -극을 집게전선을 사용하여 압착전선에 각각 연결해 보세요.
 

실험과 관찰

    자 이제 막대자석을 에나멜선이 감겨있는 못 가까이 가져갑니다.
    무슨일이 일어날까요?

    ★ 주의

    많이 소모된 건전지를 사용하면 전동기가 잘 돌지 않습니다. 살짝 손으로 전동기를 건드려 주면 잘 돌아갑니다.
    다음과 같이 자석의 배치와 전원에 연결하는 방향을 바꾸어 가며 못이 돌아가는 방향을 관찰합니다.

     

 
 
 
 

왜 그럴까요?
 

    전동기에는 자기장을 만드는 것이 2개 있습니다.
    하나는 자기장의 방향이 변하지 않도록 고정되어 있구요, 다른 하나는 움직이면서 자기장의 방향이 계속 변하게 되어있습니다. 그리고 이 두 자기장 사이의 인력과 반발력이 전동기를 돌립니다. 무슨 말인지 아직은 잘 모르겠지요. 차근차근 설명해 줄께요.
    이번 실험에서는 움직이지 않는 자기장을 만들기 위해 두 개의 자석을 썼습니다.

     

                                     

     

    그리고 움직이는 자기장으로 전자석을 사용하였습니다.

                                                    

 

    전자석의 특징 중 하나가 전원에의 연결방향이 바뀌어 전류의 방향이 바뀌면 전자석의 극이 바뀌는 거지요.
    예를 들어 위의 전자석을 아래와 같이 전원에 연결해 보세요. 그리고 오른손을 사용하여 전자석의 N극과 S극 방향을 생각해 보세요.(못이 얼마나 돌았는지 나타내기 위해 아래 그림에서는 한쪽 못 머리를 굵게 나타내었습니다.)

                                        

     

    어때요? 전자석을 180도 돌려 전원에 연결되는 방향을 바꾸니까 N극이던 못 머리는 S극으로, S극이던 못 머리는 N극이 되지요. 결과는?
    못은 돌아도 N극과 S극의 방향은 그대로 있지요(위의 경우 왼쪽엔 N극, 오른쪽엔 S극) 이 점 꼭 기억하고 있어요
    전동기는 전자석이 약 90도 정도 돌 때까지는 전원에 연결되고, 다음 90도 돌 때는 전원에 연결되지 않아 자석의 성질이 없어지고, 그 다음 90도 돌 때는 다시 전원에 연결되고, 그 다음 90도 돌 때에는 전원에 연결되지 않아 자석의 성질이 없도록 고안되었답니다.

     

 

         

     

    이제 이러한 특별한 구조의 전자석에 두 개의 자석을 가까이 놓아 봅시다.

     

왼쪽그림에서 자석의 N, S극과 전자석의 N, S극 사이에는 인력과 반발력이 있지요.
자석은 움직이지 못하도록 고정해 놓으면 전자석이 움직이겠지요. 어느 방향으로?
시계 반대방향으로.

90도 돈 후에는 전자석이 전원에 연결되지 않게 되므로 자성을 잃어 버리게 됩니다.
그런데 바향으로 돌던 참이라 금방 서지 못하고 약 90도 정도 계속돕니다.
우리가 원 주위를 돌다 보면 갑자기 서는 것이 힘든 것 처럼이요. 관성이 있기 때문이라고 하지요.

전자석이 돌아도 N극과 S극의 위치는 안 바뀌는 거 기억하지요?
이 경우에도 자기장 사이의 인력과 반발력이 전자석을 시계반대 방향으로 돌리지요(1과 꼭 같은 상황)

90도 돈 후에는 전자석이 전원에 연결되지 않게 되므로 자성을 잃어 버리게 됩니다.
그런데 방향으로 돌던 참이라 금방 서지 못하고 약 90도 정도 계속 돌아서 다시 1의 상태가 됩니다.

 

    1 -> 2-> 3-> 4-> 1-> 2->… 의 순환이 계속 되면서 전동기가 도는 거지요.
 

    scienceorc.net

 

    정리해 보면 전동기는 전원이 가지고 있는 전기에너지를 운동에너지로 바꾸어 돌아가는 거지요.

 

 

 

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